Техника любительской радиосвязи: Линейная нагрузка — Long Wire в ограниченном пространстве

Для некоторых радиолюбителей установка полноразмерной дипольной антенны КВ (HF) не всегда осуществима. На современных участках размером с «почтовую марку» некоторые радиолюбители могут только мечтать об установке диполя для диапазона 80 метров — или даже для диапазона 40 метров.

Наиболее распространенным решением является добавление согласующих катушек для уменьшения длины. Например, Alpha Delta DX-DD обеспечивает покрытие 40/80 м, занимая вдвое меньше места, чем типичный диполь. Согласующие катушки работают, но это происходит за счёт снижения полосы пропускания и эффективности. Существуют и другие варианты.

Линейно-нагруженный диполь может идеально подойти для имеющегося у вас пространства. Вместо использования провода во всю длину, часть провода складывается сама на себя, чтобы уменьшить длину. Линейная нагрузка приводит к значительному уменьшению размеров при сохранении хороших электрических характеристик по сравнению с аналогом с катушкой.

Знайте, когда их нужно складывать

Согласно книге ARRL об антеннах, линейная нагрузка вносит минимальные потери и имеет низкую добротность (Q), что обеспечивает разумную полосу пропускания по сравнению с использованием согласующих катушек. Этот метод укорочения излучателей может применяться практически к любой конфигурации антенны для уменьшения её физической длины при сохранении общего излучения сигнала. Складывание элементов может значительно уменьшить требуемую длину для резонансных антенн. Например, можно создать резонансную антенну, которая на 30-40% короче обычного диполя для данного диапазона.

Эффективность зависит от того, какая часть антенны сложена, насколько и от расстояния между проводниками. При экспериментах с линейной нагрузкой следует добавить около 10% к расчётной длине проводника в качестве меры предосторожности. Используйте метод обрезки для настройки, тщательно регулируя как расстояние, так и длину сложенной части для оптимизации согласования. Другой вариант — питание антенны с помощью двухпроводной линии, подключенной к тюнеру.

Линейная нагрузка превосходит использование индуктивной катушки, поскольку нагрузка распределяется по всей длине элемента, а не сосредоточена в одном месте. В результате значительно повышается эффективность излучения и увеличивается полоса пропускания по сравнению с эквивалентом с катушкой. Простой диполь можно линейно нагрузить для уменьшения его длины, что позволяет работать в нижних диапазонах, несмотря на недостаток расположения на небольшом городском участке.

Что обеспечивает его работу?

Линейная нагрузка — это метод создания более короткой, но при этом резонансной и эффективной антенны на той частоте, для которой она предназначена. Чтобы объяснить, как работает дипольная антенна с линейной нагрузкой, давайте рассмотрим теорию резонансных цепей и применим её к антенне.

Дипольная антенна в резонансе представляет собой резонансный контур. Это результат сочетания индуктивности (L) и ёмкости (C). Представьте себе дипольную антенну как пару катушек, растянутых в прямые провода, по одной с каждой стороны от точки питания.

В диполях с линейной нагрузкой мы имитируем большую одновитковую катушку с каждой стороны от точки питания, складывая каждую половину дипольной антенны обратно на себя. Сложенная часть провода взаимодействует с проводом антенны выше или ниже. Каждая сторона антенны становится частью резонансного контура, включающего индуктивность (обусловленную длиной провода) и ёмкость (образованную близостью сложенных проводов). Резонансная частота дипольной антенны является результатом самосвязи двух проводов по обе стороны от точки питания антенны.

Следует учитывать, что линейно нагруженный диполь будет менее эффективен на диапазонах, отличных от его основной резонансной частоты. В приведённом ниже примере он работает в 40-метровом диапазоне, а третья гармоника находится в 15-метровом диапазоне. Конечно, его можно заставить работать и на других диапазонах с помощью антенного тюнера. Тюнер заставит ваш трансивер думать, что он правильно согласован с вашей антенной системой.

Общая длина этой простой в сборке версии M0PZT составляет 40 футов для диапазона 40 м. Она также подходит для диапазона 15 м. Импеданс точки питания в этой конфигурации составляет около 35 Ом. Важно: провода должны быть параллельны.

Хотите использовать вертикальную антенну? С электрической точки зрения, антенна выглядит и ведёт себя как стандартный вертикальный излучатель 1/4 λ, но с более высоким импедансом в точке питания. При приёме она работает почти так же хорошо, как полноразмерный излучатель на той же заземляющей плоскости. При передаче она, по-видимому, работает одинаково хорошо, при этом при переключении между линейно нагруженным и полноразмерным излучателем 1/4 λ принимаются одинаковые сигналы. Как и для всех вертикальных антенн, требуется хорошая заземляющая плоскость.

Можно ли применять метод линейной нагрузки к многодиапазонному веерному диполю? Да, можно. Однако другие антенны, расположенные рядом с 40-метровым диполем с линейной нагрузкой, скорее всего, вызовут некоторое рассогласование. Возможно, потребуется отрегулировать длину нескольких элементов, что потребует произвести ряд проб и ошибок, пока они не начнут хорошо работать вместе. Можно ли использовать линейную нагрузку для G5RV? Да — поищите подробную информацию в интернете.

Советы по изготовлению

Ниже приведены рекомендации, которые помогут вам изготовить подходящую антенну с линейной нагрузкой для ваших конкретных нужд.

Перед входом в аппаратную необходимо установить на коаксиальный кабель ВЧ-дроссель или ферритовые зажимы, чтобы предотвратить проблемы с синфазным током. О необходимости установки дополнительных дросселей свидетельствует затруднение стабилизации антенного тюнера во время передачи.

Линейная нагрузка применяется для уменьшения физических размеров антенны, особенно в условиях ограниченного пространства, например, на небольших участках или при портативном использовании.

Окончательный размер является компромиссом между желаемыми диапазонами, доступными материалами и местом установки. Это одно из преимуществ самостоятельного проектирования антенн: вы можете адаптировать конструкцию к имеющемуся пространству и окружению, исходя из ваших конкретных обстоятельств.

Более эффективным вариантом будет прямое питание дипольной антенны с линейной нагрузкой с помощью 450-омного лестничного кабеля или 300-омного двухпроводного кабеля, заканчивающегося в герметичном корпусе. Проведите 50-омный коаксиальный кабель в аппаратную к тюнеру, сделав его как можно короче. Лестничный кабель также может служить отличным элементом для антенн с линейной нагрузкой, поскольку он уже имеет встроенные разделители.

Приблизительные размеры линейно нагруженного диполя

Диапазон	Частота	Длина*
10 М	28,5 МГц	11,5 футов.
12 М	24,9 МГц	4,06 м.
15 М	21,1 МГц	15,5 футов.
17 М	18,1 МГц	18,1 фута.
20 М	14,1 МГц	23,2 фута.
30 М	10,1 МГц	32,44 фута.
40 М	7,1 МГц	46,14 фута.
80 М	3,6 МГц	91,0 фут.
* С небольшим бонусом, на всякий случай

Приведённые в таблице размеры основаны на расчётах VE2DPE, для диполя M0PZT. Это полная общая длина верхней половины каждой стороны линейно-нагруженного диполя. Размеры включают ширину между точками подключения балуна.

Возможно, вы слышали, что короткие антенны для радиолюбителей менее эффективны, чем полноразмерный полуволновой диполь, независимо от конфигурации. Хорошая новость! Линейно-нагруженные антенны, вероятно, являются следующей лучшей альтернативой, особенно для тех, у кого ограничено пространство.

K8MSH